發(fā)布時(shí)間：2023-07-31 16:59:56
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式越來(lái)越趨向于樣品的多樣化和小批量，以更好的適應(yīng)企業(yè)在新時(shí)期面對(duì)國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的各項(xiàng)要求。這時(shí)，變型設(shè)計(jì)理念的出現(xiàn)就顯得不足為奇，而且很好的適應(yīng)了企業(yè)當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)策略。變型設(shè)計(jì)理念的核心就是要對(duì)原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或系列產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)和迅速推向市場(chǎng)。目前的變型設(shè)計(jì)主要是通過產(chǎn)品的有效配置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而對(duì)變型設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)和變型修改等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)不夠重視，不利于變型設(shè)計(jì)理論的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。本文結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)，將對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與變型設(shè)計(jì)等相關(guān)問題進(jìn)行分析和探討，以求進(jìn)一步驗(yàn)證變型設(shè)計(jì)的有效性和實(shí)用性。
1變型設(shè)計(jì)概述
1.1變型設(shè)計(jì)的基本概念簡(jiǎn)單的說(shuō)，變型設(shè)計(jì)就是一種設(shè)計(jì)方法，是一個(gè)設(shè)計(jì)過程，它的基本思想是通過改進(jìn)已有的系列產(chǎn)品或設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)適應(yīng)新的設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的快速試制定型。就整體而言，變型設(shè)計(jì)就是運(yùn)用一定的規(guī)則將整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)歸結(jié)為對(duì)其中各個(gè)部件、零件等功能模塊的設(shè)計(jì)。因此在進(jìn)行變型設(shè)計(jì)時(shí)建立一個(gè)合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速變型的關(guān)鍵。
1.2方法體系
機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜、循序漸進(jìn)的過程，無(wú)論是用戶新的需求，還是機(jī)械產(chǎn)品在功能上的細(xì)小變化，都有可能引起很大改變，即在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的細(xì)小變動(dòng)都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重大變動(dòng)，這在機(jī)械產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的尤為明顯。有時(shí)企業(yè)為了更好的滿足各種用戶的不同需求，不得不對(duì)原有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以期獲得更多的收益，奠定自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。筆者認(rèn)為，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行變型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確找到變型設(shè)計(jì)的根源，建立科學(xué)合理的方法體系，進(jìn)而保證變型設(shè)計(jì)和快速設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文所要介紹的方法體系，是以變型規(guī)則為基礎(chǔ)，通過事物特性表技術(shù)的合理運(yùn)用來(lái)構(gòu)建合理的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，該模型能夠?qū)χС肿冃驮O(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品及其構(gòu)配件之間的關(guān)系和條件進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。事物特性表技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通過二維表結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、規(guī)范化的組織，這對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變型設(shè)計(jì)無(wú)疑是非常有幫助的。
2事物特性表的應(yīng)用
事物特性表是一種ASCII文件，它的格式是保持不變的，不僅能夠?qū)κ挛锏幕緦傩赃M(jìn)行登記，還能對(duì)構(gòu)配件的一些特性進(jìn)行針對(duì)性的描述。在國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，它被當(dāng)作一種信息標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用，不僅能對(duì)事物的特性進(jìn)行描述，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)和顯現(xiàn)。表格形式如表1所示。正是因?yàn)槭挛锾匦员砟軌蛟敿?xì)、有效的對(duì)事物的性能、特征、工藝特殊性等進(jìn)行描述，尤其是產(chǎn)品在開展與尺寸變型相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，事物特性表更有利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從類到實(shí)例的轉(zhuǎn)變，這對(duì)變型設(shè)計(jì)和相關(guān)檢索顯然是非常有幫助的。例如，我們可以對(duì)某種機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)外徑、長(zhǎng)度等特性進(jìn)行描述，我們就可以得到一類產(chǎn)品，而我們對(duì)以上特性參數(shù)化之后就得到了某種產(chǎn)品的實(shí)例，最后將所有特性參數(shù)進(jìn)行組合后，我們就得到了該產(chǎn)品的事物特性表。事物特性表的應(yīng)用不僅如此，我們還可以結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的具體實(shí)際進(jìn)行靈活擴(kuò)展，盡量將事物特性表的作用最大化。
3機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型分析
從某種意義上說(shuō)，我們可以把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型看成是能夠適應(yīng)應(yīng)有的的約束配置的構(gòu)件的實(shí)例化集合。在具體應(yīng)用過程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)立足于市場(chǎng)及用戶的各種需求，從企業(yè)原有的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)而派生出更多的有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析和構(gòu)建時(shí)，我們首先應(yīng)當(dāng)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、功能有個(gè)全面的把握和了解，并按照相關(guān)設(shè)計(jì)原則和理念把產(chǎn)品模塊化，然后通過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法將所要進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分解，進(jìn)而獲得相應(yīng)的產(chǎn)品類或零部件類，最終得到科學(xué)、有效的產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的原理如圖1所示，其主要包含產(chǎn)品變型與約束規(guī)則、參數(shù)傳遞結(jié)構(gòu)和構(gòu)建集合等內(nèi)容。而為了更好的對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們首先要對(duì)產(chǎn)品以及組成產(chǎn)品的零配件關(guān)系進(jìn)行描述，即構(gòu)建產(chǎn)品裝配拓?fù)錁洹?/p>
3.1產(chǎn)品裝配拓?fù)錁涞臉?gòu)建
對(duì)于產(chǎn)品裝配拓?fù)錁涞拿枋鰜?lái)說(shuō)，我們可以把它看作是一種類結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。在裝配拓?fù)錁渲?，基本模塊是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的，必選模塊則是在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中指定一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中；可選模塊則是在嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)則的基礎(chǔ)上，從企業(yè)主要的系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊中選擇一定數(shù)量的模塊加入到產(chǎn)品中。O2表示在組成部件BNode2時(shí)必須且只能在Anode6和Anode7中選擇一個(gè)零件構(gòu)件，并且以該構(gòu)件與CNode2的關(guān)系裝配到BNode2中。R1表示在組成產(chǎn)品族CNode1時(shí)，可以根據(jù)一定的規(guī)則在Anode4和Anode5中選擇一個(gè)零件。將構(gòu)件（Node）的概念引入到裝配拓?fù)錁渲校饕菫榱烁玫谋磉_(dá)產(chǎn)品對(duì)象以及零部件等子對(duì)象，而構(gòu)件不能完全等同于具體的零部件，我們可以把它看成是零部件的抽象，是擁有一定共同特性的的集合，我們可以將其表述為一個(gè)四元組：Node＝[ID,Sel(Inc,Num),Type,Des(Attr_name,Data_Type,In_cons)]式中ID表示產(chǎn)品對(duì)象或其零部件子對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)；Sel表示該構(gòu)件的選擇特性，Inc的取值為0，1。Inc=0表示該構(gòu)件是可選構(gòu)件，Inc=1表示該構(gòu)件是必選構(gòu)件。Num表示零部件在產(chǎn)品中的配置數(shù)目；Des表示構(gòu)件的屬性描述信息，Type表示該構(gòu)件的類型。At-tr_name表示該構(gòu)件的一個(gè)屬性名稱；Data_Type表示屬性的取值類型，如浮點(diǎn)型（float）、整型（int）、字符型（char）、布爾型（bool）等；In_cons表示屬性的取值限定約束。
3.2PSMTree類的構(gòu)造
在完成裝配拓?fù)錁涞臉?gòu)建后，能夠從結(jié)構(gòu)上很好地支持產(chǎn)品對(duì)象的變異性。然后采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)由PSMTree描述的產(chǎn)品原型進(jìn)行建模，在建模時(shí)采用事物特性表技術(shù)來(lái)構(gòu)造描述PSMTree的類屬性，從而通過類的繼承得到描述產(chǎn)品的類。在對(duì)類進(jìn)行構(gòu)造時(shí)，我們可以依靠O_Asm、O_Par和O_Sel這3個(gè)類來(lái)分別描述PSMtree中的產(chǎn)品及其零部件構(gòu)件。提取3個(gè)類的標(biāo)識(shí)碼ID、名稱NAME、變型規(guī)則等共同屬性構(gòu)造基類O_Base，O_Base與O_Asm、O_Par和O_Sel構(gòu)成分類結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。
3.3機(jī)械產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)規(guī)則
從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程來(lái)看，變型設(shè)計(jì)離不開以知識(shí)表達(dá)為基礎(chǔ)的變型規(guī)則，規(guī)則表達(dá)的規(guī)范與好壞在很大程度上決定了產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對(duì)此我們可以從兩個(gè)方面進(jìn)行研究。首先，對(duì)于變型規(guī)則，我們是針對(duì)產(chǎn)品模塊內(nèi)來(lái)說(shuō)的，變性規(guī)則大體可以分為三種形式，即條件表達(dá)式、邏輯關(guān)系式和數(shù)學(xué)關(guān)系式。其中，邏輯關(guān)系式主要是為了判斷產(chǎn)品中具體零件的必要性和可行性，進(jìn)而決定零部件的增加或取消，條件表達(dá)式主要是用在產(chǎn)品構(gòu)配件的更換或構(gòu)配件數(shù)目的更改，通常表現(xiàn)出一定的因果聯(lián)系，規(guī)則的具體形式可以表述為：<規(guī)則>：：＝<規(guī)則ID><規(guī)則名稱><事件><條件><動(dòng)作><事件>：：＝<事件ID><事件描述><事件規(guī)則><條件>：：＝<表達(dá)式><事實(shí)><動(dòng)作>：：＝{(<陳述>|<操作>)}：其次，產(chǎn)品族模塊間相互約束規(guī)則通常只會(huì)出現(xiàn)在部件或產(chǎn)品中，其對(duì)應(yīng)的事物特性表中的信息主要是依靠指針通過配置文件的形式保存。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員可以充分利用模塊間相互約束的規(guī)則，對(duì)產(chǎn)品組合的各種模塊進(jìn)行靈活的選擇，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)主要系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行變型的目的。其中，主要的約束關(guān)系主要包含：相互依存、相互排斥、相互繼承、實(shí)現(xiàn)、組成、選擇等，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以更加產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的實(shí)際，立足于滿足用戶的基本需求以及產(chǎn)品功能的豐富進(jìn)行靈活選擇。
關(guān)鍵詞：火電廠；閥門設(shè)計(jì)；理論應(yīng)用
火電廠的閥門作為一類通用的機(jī)械產(chǎn)品，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)具有一般機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn)，同時(shí)，火電廠閥門產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上又有不同于一般機(jī)械產(chǎn)品的特殊之處。因此，針對(duì)火電廠閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過程，確定其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)構(gòu)成，構(gòu)建火電廠閥門產(chǎn)品集成知識(shí)模型，實(shí)現(xiàn)火電廠閥門設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)的合理表示是知識(shí)支持機(jī)制研究的前提。
1、 火電廠閥門的設(shè)計(jì)理論
火電廠的閥門為密封和副密封，一般采用密封副兩平整光滑密封面相互擠壓
來(lái)阻止介質(zhì)通過。從理論上講，用先進(jìn)加工技術(shù)，把密封副兩密封面加工成非常平整，同一平面上，加工痕跡非常細(xì)平，然后兩密封面相互接觸成為密封副，當(dāng)給密封副加上外載時(shí)，在相互擠壓作用下，兩密封面之間細(xì)小加工痕跡被壓平，兩密封面之間完全接觸。于是阻止介質(zhì)從密封副兩密封面之間通過，密封副達(dá)到密封。在現(xiàn)實(shí)中，無(wú)論什么先進(jìn)加工技術(shù)，都不可能把密封面加工成非常平整，同一平面上加工痕跡非常細(xì)平。因此，在實(shí)際密封面上，總是存在著因加工留下的凹凸不平的凹槽和凸峰，同樣用任何加工方法都不能把密封面加工成完全平面，兩密封面相互接觸不可能完全面面接觸。當(dāng)兩密封面相互接觸時(shí)，首先因兩密封面平面度原因，使得兩密封面接觸不是內(nèi)邊緣接觸外邊緣不接觸，就是內(nèi)邊緣不接觸外邊緣接觸，然后，在接觸部分中，凸峰與凸峰接觸，凹槽與凹槽形成溝槽通道。當(dāng)給密封副加外載時(shí)，其作用是相互接觸的凸峰產(chǎn)生彈性變形或塑性變形，擴(kuò)大兩密封面接觸面積，減小溝槽通道直徑，但不可能達(dá)到溝槽通道消失或兩接觸面完全面面接觸，因?yàn)閮擅芊饷娲嬖谄矫娑葐栴}和外載大小受限制問題，兩密封面之間因加工精度引起的溝槽通道中，有部分溝槽通道是暢通一段距離后被凸峰阻死的，有部分溝槽通道是截面積變化大，流道小，長(zhǎng)度長(zhǎng)，一端接通外腔，另一端接通內(nèi)腔暢通通道，那些被凸峰阻死的溝槽通道，雖然存在，但已被阻死，已達(dá)到密封效果，那些兩端暢通的溝槽通道，是密封副密封與否的關(guān)鍵，當(dāng)暢通溝槽通道直徑很小，其最小直徑小于介質(zhì)分子直徑時(shí)，密封副達(dá)到密封，此密封稱絕對(duì)密封。當(dāng)暢通溝槽通道有部分直徑大，其最小直徑大于介質(zhì)分子直徑時(shí)，介質(zhì)可以通過這部分暢通溝槽通道由外腔流向內(nèi)腔或由內(nèi)腔流向外腔，但這部分暢通通道截面積變化大，流道方向變化，介質(zhì)若從一端流向另一端是非常難的，其通過流量非常細(xì)小。當(dāng)整個(gè)密封副暢通溝槽通道流量全部匯加起來(lái)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)總流量小于一滴或一個(gè)氣泡時(shí)，也可認(rèn)為密封副已達(dá)到密封，此密封稱為相對(duì)密封。
2、火電廠閥門的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
火電廠閥門的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于管路系統(tǒng)對(duì)閥門提出的使用要求，即閥門設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工作介質(zhì)的壓力、溫度、腐蝕、流體特性，以及操作、制造、安裝、維修等方面對(duì)閥門提出的全部要求。這些要求反映在閥門設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)上，即所謂的“設(shè)計(jì)輸入”，主要包括閥門的用途或種類、介質(zhì)的工作壓力、介質(zhì)的工作溫度、介質(zhì)的理化性能等，同時(shí)對(duì)于火電廠閥門與管道的連接形式以及閥門的驅(qū)動(dòng)方式也有很高的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)使用要求和相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定閥門產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)要求?？傮w設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為閥門主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，導(dǎo)航和影響了整個(gè)產(chǎn)品的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，決定了產(chǎn)品各結(jié)構(gòu)參數(shù)的組成、選擇和驅(qū)動(dòng)。因此，可將上述參數(shù)定義為產(chǎn)品實(shí)例的索引屬性，作為產(chǎn)品級(jí)實(shí)例檢索與重用的依據(jù)。
3、火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)構(gòu)成
閥門產(chǎn)品作為一類通用的機(jī)械產(chǎn)品，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)，又必須遵循閥門行業(yè)和各自生產(chǎn)企業(yè)所特有的設(shè)計(jì)規(guī)范，閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)中涉及相關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)例等多方面的設(shè)計(jì)知識(shí)。
3.1火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)
火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下進(jìn)行，閥門產(chǎn)品所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別來(lái)講，可以分為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有不同的適用范圍，有些標(biāo)準(zhǔn)是適用于各類閥門產(chǎn)品的，如閥門的公稱通徑標(biāo)準(zhǔn)系列和公稱壓力標(biāo)準(zhǔn)系列等；有些標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)具體的閥門品種的，如蝶閥閥座最小流道通徑標(biāo)準(zhǔn)、法蘭連接蝶閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度系列等。
3.2火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)
針對(duì)火電廠閥門企業(yè)而言，在長(zhǎng)期的閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中，會(huì)積累大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)主要體現(xiàn)在閥門產(chǎn)品的一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的取值，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)算法，具體閥門產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)和外協(xié)外購(gòu)零件的供貨信息等方面，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)有些存在于設(shè)計(jì)人員的腦海中，有些存在于已完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例中，往往不夠集中，不夠明顯。火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)主要包括以下幾個(gè)方面。其一，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值在火電廠閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，如閥體壁厚、閥板厚度、蝶閥閥桿直徑、蝶閥偏心尺寸等，這些參數(shù)作為閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接影響閥門產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)這些參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)有些提供有計(jì)算公式，但很多公式也屬于經(jīng)驗(yàn)公式，由于閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作情況復(fù)雜，需要考慮的問題是多方面的，很難用精確的物理模型或力學(xué)模型進(jìn)行描述，例如，閥體壁厚的計(jì)算是按強(qiáng)度進(jìn)行考慮的，但對(duì)大口徑的常、低壓閥門，剛度成為設(shè)計(jì)的首要問題，在剛度計(jì)算模型不夠精確的前提下，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往具有更大的參考價(jià)值。其二，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)算法在閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí) ，一些重要零部件的關(guān)鍵參數(shù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核，在相關(guān)的閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)中，提供了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)算法，另外具體的閥門生產(chǎn)企業(yè)在長(zhǎng)期的實(shí)踐中，也總結(jié)了特有的經(jīng)驗(yàn)算法，如雙偏心蝶閥密封錐角的計(jì)算，三偏心蝶閥錐偏角和密封錐角的確定等，在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，是領(lǐng)域設(shè)計(jì)知識(shí)的重要組成部分。其三，在典型結(jié)構(gòu)閥門產(chǎn)品的設(shè)計(jì)長(zhǎng)期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中，企業(yè)對(duì)有些零部件積累了豐富的可選設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如雙偏心蝶閥的密封結(jié)構(gòu)，根據(jù)密封形式的不同，可選擇不同的密封結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)著不同的閥板和閥座結(jié)構(gòu)。
3.3閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示
在明確火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)構(gòu)成的前提下，依據(jù)閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合具體閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和設(shè)計(jì)流程，構(gòu)建閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)的集成知識(shí)模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)知識(shí)的全面綜合表達(dá)，是實(shí)現(xiàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。在產(chǎn)品族本體模型之下，針對(duì)特定的火電廠閥門品種，可以進(jìn)一步構(gòu)建詳細(xì)的產(chǎn)品本體模型，通過對(duì)閥門產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過程的研究分析發(fā)現(xiàn)，閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)在總體設(shè)計(jì)參數(shù)定義之下，按照設(shè)計(jì)過程確定的零部件生成順序，零部件間在結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)方面具有很強(qiáng)的繼承性和設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性，產(chǎn)品上級(jí)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù)，定義或?qū)Ш搅讼录?jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生成。因此，按照零部件間的裝配和設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于設(shè)計(jì)單元構(gòu)建特定閥門產(chǎn)品的本體模型。
4、結(jié)語(yǔ)：
結(jié)合火電廠閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)流程，明確了閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)的構(gòu)成和分類，運(yùn)用本體論和面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒?，完成了基于設(shè)計(jì)單元的火電廠閥門產(chǎn)品本體模型的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了火電廠閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)的集成知識(shí)模型，實(shí)現(xiàn)了火電廠閥門產(chǎn)品領(lǐng)域設(shè)計(jì)知識(shí)的分層次綜合表達(dá)。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造；工藝；精密加工
機(jī)械技術(shù)是機(jī)電控制系統(tǒng)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)。近些年來(lái)，各種新興技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)也受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，它的主要支柱，如機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝等出現(xiàn)了重大的變化，這些為機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)用創(chuàng)造條件。
1、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝
1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)
機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、材料選用及設(shè)計(jì)理論和方法等。目前，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和方法，已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐的需要。例如，汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、高效節(jié)能電機(jī)設(shè)計(jì)等，一般的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)已很難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。如高度自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床，在生產(chǎn)加工中不能實(shí)施人工補(bǔ)償和調(diào)整，應(yīng)在設(shè)計(jì)上采用新結(jié)構(gòu)、新材料，保證機(jī)床結(jié)構(gòu)及工藝中的高精度、高剛度、微少熱變形和良好的精度保持性?，F(xiàn)在，設(shè)計(jì)方法已由直覺設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展到現(xiàn)代設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方法是在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段應(yīng)用先進(jìn)理論和有效方法，解決設(shè)計(jì)中遇到的各類問題?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)涉及系統(tǒng)工程、仿真技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD）、動(dòng)態(tài)載荷和模態(tài)分析等內(nèi)容。它是應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，進(jìn)行科學(xué)思維，有效利用設(shè)計(jì)方法。提高了設(shè)計(jì)的水平、設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的高速發(fā)展。
1.2 制造工藝
（1）高效率。這是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要特征。制造工藝的高效可縮短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工藝，一般采用三種方法：①提高切削速度。因涂層刀具、TiC硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具和金剛石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的線速度可達(dá)10m/s以上。②采用新的加工工藝。對(duì)一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工藝，比如在振動(dòng)和加溫過程中進(jìn)行切削；應(yīng)用激光、電火花、化學(xué)腐蝕等方法進(jìn)行加工。③實(shí)行集中加工方法。加工中心等設(shè)備集各類加工于一體，在計(jì)算機(jī)控制條件下，完成對(duì)工件的各種切削加工，縮短了加工周轉(zhuǎn)時(shí)間和輔助時(shí)間。
（2）高精度。精度對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、國(guó)防、航空航天、核工業(yè)、制造產(chǎn)業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展做出的貢獻(xiàn)重大。
（3）高柔性。加工的柔性化是機(jī)械技術(shù)發(fā)展的重要方向。加工柔性化是加工品種的多樣性，加工的靈活性和多適應(yīng)性。各類程控、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等高度自動(dòng)化設(shè)備的出現(xiàn)，使柔性制造系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。柔性制造系統(tǒng)分為柔性制造單元、柔性制造自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)，它們都是以數(shù)控設(shè)備為基礎(chǔ)的，以自動(dòng)運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)連接，由計(jì)算機(jī)控制的能加工多品種零部件的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。它的出現(xiàn)有力推動(dòng)了機(jī)械制造工藝的發(fā)展。
制造工藝對(duì)高精度的要求，使得傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)與新興技術(shù)相結(jié)合，形成了現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的重要發(fā)展方向，即精密機(jī)械技術(shù)，包括精密加工技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)。
2、精密加工技術(shù)與微機(jī)械技術(shù)
2.1 精密加工技術(shù)
（1）精密切削技術(shù)。目前，直接用切削方法獲得高精度仍然是一種常用方法。但是，要用切削方法獲得高精度和高水平的表面粗糙度，必須排除機(jī)床、刀具、工件和外界等因素的影響。比如，為了提高機(jī)床的加工精度，要求機(jī)床具有高的剛度，小的熱變形和良好的抗振性能。這就要求采用更先進(jìn)的技術(shù)，如空氣靜壓軸承、精密陶瓷導(dǎo)軌、微驅(qū)動(dòng)和微進(jìn)給技術(shù)、精密定位技術(shù)、精密控制技術(shù)及其他先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)然，提高機(jī)床主鈾的轉(zhuǎn)速也是行之有效的辦法。現(xiàn)在超精密加工機(jī)床的轉(zhuǎn)速已從每分鐘幾千轉(zhuǎn)提高到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。
（2）模具成型技術(shù)。據(jù)相關(guān)資料顯示，汽車、飛機(jī)、電機(jī)、儀表及家電產(chǎn)品的1/3以上零部件是用模具加工出來(lái)的，預(yù)計(jì)近幾年產(chǎn)品粗加工的3/4和精加工的1/4將由模具來(lái)完成。模具成型的關(guān)鍵是如何提高模具本身的加工精度。它已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。電解加工工藝可以使模具達(dá)到微米級(jí)精度，并能有效地解決工件的表面質(zhì)量問題。數(shù)控電火花成型機(jī)床能可靠地解決電極自動(dòng)更換相重復(fù)定位精度間題，有利于復(fù)雜型腔的加工。
（3）超精密研磨技術(shù)。用于集成電路基板的硅片，其表面粗糙度要求達(dá)到1~2mm，需要進(jìn)行原子級(jí)的研磨拋光。用傳統(tǒng)的磨削、研磨和拋光等方法已很難滿足。為此，采用各種新原理、新方法的超精密研磨就應(yīng)運(yùn)而生。比如，包括彈性發(fā)射加工和流體動(dòng)壓型懸浮研磨的非接觸研磨；利用機(jī)械加工液，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)械化學(xué)研磨。這些新的研磨原理和方法，將為超精密研磨做出貢獻(xiàn)。
（4）微細(xì)加工技術(shù)。為了滿足電子元器件體積越來(lái)越小，運(yùn)行頻率越來(lái)越高，能量消耗越來(lái)越小的要求。日本利用超微細(xì)離子技術(shù)，在半導(dǎo)體上的加工精度達(dá)到了幾百個(gè)埃的水平。
（5）納米技術(shù)。它是一個(gè)多學(xué)科交叉的學(xué)科，是現(xiàn)代物理和先進(jìn)工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品。納米機(jī)械技術(shù)發(fā)展十分迅速。它能在硅片上刻寫幾個(gè)納米寬的線，這表明信息存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)密度能提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
2.2 微機(jī)械技術(shù)
目前，微細(xì)加工技術(shù)已從一維、二維的平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到三維立體結(jié)構(gòu)，這為微機(jī)械制作打下了良好的基礎(chǔ)。
（1）微機(jī)械驅(qū)動(dòng)技術(shù)。微機(jī)械技術(shù)能不能進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用范圍，驅(qū)動(dòng)技術(shù)是個(gè)關(guān)鍵?，F(xiàn)在一般運(yùn)用靜電力學(xué)原理的靜電動(dòng)機(jī)和壓電元件制成的微驅(qū)動(dòng)器，其動(dòng)作響應(yīng)快、精度較高、易于操作。
（2）微機(jī)械傳感技術(shù)。微機(jī)械除了要求傳感器微型化，還要求它具有更高的分辨率、靈敏度和數(shù)據(jù)密度。目前，用大規(guī)模集成電路技術(shù)已能生產(chǎn)如力傳感器、加速度傳感器、觸覺陣列傳感器等微型傳感器。而為了適應(yīng)微機(jī)械的特點(diǎn)和要求，已在研究開發(fā)無(wú)源傳感器、復(fù)合傳感器及驅(qū)動(dòng)、傳感合一的集成部件。
關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用概況
在機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論中，其根本思想是按照產(chǎn)品功能的要求來(lái)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)的部分進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并做動(dòng)態(tài)性分析，然后根據(jù)產(chǎn)品在動(dòng)態(tài)性上的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修改、再設(shè)計(jì)，以滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)性上的設(shè)計(jì)要求。
目前，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)在我國(guó)的機(jī)械行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，其在汽車、航空航天、船舶行業(yè)、建筑機(jī)械等行業(yè)中均取得了重大的成果。在汽車行業(yè)中，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們需求的更新，汽車行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了客車車身輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)、汽車車身形態(tài)仿生的優(yōu)化設(shè)計(jì)、汽車車身安全性的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及面向行人下肢碰撞保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等目標(biāo)。在航空航天行業(yè)，其作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)綜合水平和實(shí)力的體現(xiàn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)在航空航天行業(yè)得到了高度的重視，并應(yīng)用到航空航天技術(shù)中每一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上。在船舶行業(yè)，我國(guó)經(jīng)過自主創(chuàng)新研究，對(duì)潛艇外部液壓艙、油船剖面、潛艇結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，旨在提高船舶行業(yè)各研究對(duì)象的性能。與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)在高速公路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)、液壓縮管機(jī)模具、雙層組合套管、基床結(jié)構(gòu)等很多方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)上也發(fā)揮著重要的作用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
二、優(yōu)化策略與流程
1.優(yōu)化策略結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型和求解難易程度，可分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化三個(gè)層次，每個(gè)層次對(duì)應(yīng)不同的設(shè)計(jì)階段。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)：首先，根據(jù)產(chǎn)品功能要求建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將剛度、強(qiáng)度等約束條件參數(shù)化，利用拓?fù)鋬?yōu)化方法計(jì)算冗余材料所在單元（即要?dú)⑺赖膯卧?，并進(jìn)行冗余材料邊界單元和節(jié)點(diǎn)的遍歷搜索，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)資源情況建立邊界關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)原模型進(jìn)行參數(shù)化變形設(shè)計(jì)，得到拓?fù)鋬?yōu)化后的模型；然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性要求對(duì)其進(jìn)行邊界形狀優(yōu)化和尺寸參數(shù)的優(yōu)化，并通過參數(shù)化驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型的更新，最終得到滿足剛、強(qiáng)度要求的CAD模型。
2.三級(jí)優(yōu)化流程
在參數(shù)優(yōu)化三級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，拓?fù)鋬?yōu)化階段主要通過變密度法求解密度較小的單元，自動(dòng)生成拓?fù)鋬?yōu)化后的概念模型。形狀優(yōu)化階段首先針對(duì)前期優(yōu)化結(jié)果模型進(jìn)行微小單元的去除，充分利用曲線擬合技術(shù)構(gòu)建密度較小的冗余單元邊界關(guān)鍵點(diǎn)組成的輪廓，并根據(jù)零部件生產(chǎn)資源情況進(jìn)行邊界形狀的修正，通過參數(shù)化變形設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)原模型進(jìn)行布爾減操作，得到拓?fù)鋬?yōu)化后的CAD模型，將其導(dǎo)入CAE系統(tǒng)，然后通過形狀優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型尋找結(jié)構(gòu)的最佳邊界形狀或者內(nèi)部幾何形狀，以改善其力學(xué)特性。尺寸優(yōu)化階段根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況確定設(shè)計(jì)變量及其變化范圍，建立目標(biāo)函數(shù)，然后通過遺傳算法迭代求解較優(yōu)的參數(shù)方案，從中選取最優(yōu)方案參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)模型，生成優(yōu)化結(jié)果模型。方法流程如圖1所示。
三、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
1.機(jī)械結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化
過去一般機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，而對(duì)于機(jī)械零部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很少涉及。但是，隨著人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)的提高，特別是機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的提出和應(yīng)用，人們對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求――機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi將均勻化方法應(yīng)用于連續(xù)體的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，推動(dòng)了連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化發(fā)展。同時(shí)，連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化已經(jīng)從平面問題擴(kuò)展到板殼和三維連續(xù)體問題。另外，一些新的方法，如生物生長(zhǎng)模擬法、密度法、泡泡法等，被提出并得到應(yīng)用。目前，結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法也已被工業(yè)界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些應(yīng)用的實(shí)例。機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化將把結(jié)構(gòu)優(yōu)化推到一個(gè)新的、更高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)層次。
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化
在機(jī)械零部件中，連續(xù)體結(jié)構(gòu)非常多，形狀比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分析存在一定的難度，而結(jié)構(gòu)形狀對(duì)機(jī)械零部件的性能影響很大。因此，機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化可以大大提高其性能。20世紀(jì)80年代開始，機(jī)械行業(yè)開始興起結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究，Haftka、Ding和Hassani進(jìn)行了綜述，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了許多該方面的研究成果，伊莉、錢惠林、林橋等研究了壓力容器部分的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)；陳汝訓(xùn)、張東旭等研究了航空器部分零部件的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化；Schwarz研究了對(duì)應(yīng)于彈塑性結(jié)構(gòu)響應(yīng)的拓?fù)渑c形狀優(yōu)化；等等。靈敏度分析是結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的關(guān)鍵之一，程耿東和Haftka同時(shí)提出了半解析法，并被普遍采用。機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化也是提高零部件機(jī)械性能的重要方法之一。
3.智能優(yōu)化算法和仿生優(yōu)化
算法優(yōu)化算法的研究一直是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要研究領(lǐng)域，特別是機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中一般零部件的結(jié)構(gòu)分析非常復(fù)雜，有限元分析需要很長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，優(yōu)化迭代次數(shù)很多。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)優(yōu)化算法要求很高，主要要求優(yōu)化算法具有強(qiáng)收斂性、高可靠性、強(qiáng)穩(wěn)定性等，研究人員不斷地進(jìn)行優(yōu)化算法的發(fā)展和改進(jìn)。目前，數(shù)學(xué)規(guī)劃法中一些算法（如SQP等）比較適合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的求解，優(yōu)化準(zhǔn)則法也是一種有效的算法，國(guó)內(nèi)也開發(fā)了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件包，例如大連理工大學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序系統(tǒng)DDDU、華中科技大學(xué)（原華中理工大學(xué)）的優(yōu)化方法程序庫(kù)OPB―2等。由于現(xiàn)代學(xué)科之間的大量交叉，特別是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、不確定數(shù)學(xué)、基因遺傳等理論和方法的引入，為優(yōu)化算法的發(fā)展提供了新的發(fā)展空間，例如遺傳算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法、螞蟻算法、模擬退火法等等。這些新的算法已經(jīng)成功應(yīng)用于優(yōu)化問題的求解，用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的求解目前正處于研究階段。這些算法具有很好的特性，經(jīng)過研究人員的努力，一定能夠在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到推廣和應(yīng)用。
四、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展展望
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善，已逐漸得以發(fā)展。近些年來(lái)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)趨向于采用接近實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型模擬大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)變量數(shù)目大，研究新的有效的準(zhǔn)則優(yōu)化方法受到重視，但仍有如何去解決針對(duì)各種特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題建立相應(yīng)的公式，解決解析推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算的實(shí)現(xiàn)問題；再是使用大型系統(tǒng)的分解優(yōu)化方法，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以按子結(jié)構(gòu)分解或者進(jìn)行多級(jí)分解優(yōu)化，對(duì)于多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)可以按學(xué)科分解優(yōu)化。分解算法的關(guān)鍵在于建立各個(gè)子問題之間的稿合關(guān)系，比如通過使用最優(yōu)解對(duì)參數(shù)的靈敏度和采用線性分解等法建立起稿合關(guān)系，使得子問題的解相容，從而保證迭代收斂，問題是如何保證一定能求解。并行計(jì)算技術(shù)引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)較新的方向。像遺傳算法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，在近十年來(lái)被引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并發(fā)展很快。它們對(duì)離散與連續(xù)混合變量的全局優(yōu)化，對(duì)發(fā)展結(jié)構(gòu)近似重分析的專家系統(tǒng)有其獨(dú)到之處?，F(xiàn)在的問題是怎樣提高優(yōu)化質(zhì)量、精度、加快收斂，增加方法的通用性。
拓?fù)鋬?yōu)化、材料優(yōu)化和形狀優(yōu)化的集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計(jì)中具有重要的實(shí)用價(jià)值，是近年來(lái)出現(xiàn)的并行設(shè)計(jì)的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點(diǎn)。拓?fù)鋬?yōu)化能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)和部件在概念設(shè)計(jì)階段即可靈活地、理性地優(yōu)選方案，有望用于大型實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)求解。但是要處理龐大的有限元和優(yōu)化模型計(jì)算量增大，應(yīng)力約束處理、對(duì)“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失可能會(huì)對(duì)計(jì)算模型造成病態(tài)等問題。動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化是機(jī)械系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向f}P-zo。特征向量、動(dòng)力響應(yīng)量的靈敏度分析、高度密集頻率的動(dòng)力學(xué)問題的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，大型動(dòng)力優(yōu)化問題的建模和求解方法，非線性分析在優(yōu)化中的應(yīng)用，使優(yōu)化技術(shù)的作用從對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化延伸到加工工藝過程的優(yōu)化，仍是極富有研究和應(yīng)用價(jià)值。
綜上所述，未來(lái)，機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)的運(yùn)用，還需要不斷分析與探討.只有不斷完善技術(shù)力量，才能更好地跟隨科技的變化而不斷地進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；工業(yè)設(shè)計(jì)；融合；發(fā)展
21世紀(jì)是一個(gè)充滿創(chuàng)新的時(shí)代，中國(guó)正在迎接經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技創(chuàng)新的新時(shí)代，新的科學(xué)理論、科學(xué)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的專業(yè)和學(xué)科正在加速調(diào)整和融合，要求人們?cè)诶^承傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上開拓創(chuàng)新。機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)合是時(shí)展的要求，尤其是中國(guó)加入WTO后，給機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，這就要求人們要加強(qiáng)合作，設(shè)計(jì)出符合國(guó)際需求的新產(chǎn)品。然而，目前，人們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)學(xué)科關(guān)系的研究還不深入，也沒有形成科學(xué)的理論體系。因此，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)融合的研究，有助于推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的快速發(fā)展。
1.機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
機(jī)械的概念是廣義的，它除了人們通常所說(shuō)的機(jī)械以外，還包括各種各樣的設(shè)備、設(shè)施、儀器、儀表、工具、器具、家具、交通車輛以及勞動(dòng)保護(hù)用具等?？梢哉f(shuō)，機(jī)械是各類機(jī)器的通稱。①機(jī)械是人類改造自然、發(fā)展自己的重要?jiǎng)趧?dòng)工具。在現(xiàn)代社會(huì)里，任何產(chǎn)業(yè)和工程領(lǐng)域都要一個(gè)用機(jī)械，即使是人們的日常生活，也越來(lái)越多的應(yīng)用機(jī)械了，如汽車、自行車、鐘表、照相機(jī)、空調(diào)機(jī)、吸塵器等。因此，可以說(shuō)機(jī)械在現(xiàn)代社會(huì)里發(fā)揮著重要作用。
機(jī)械設(shè)計(jì)既是一門學(xué)科，也是一門藝術(shù)。機(jī)械設(shè)計(jì)就是據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。機(jī)械設(shè)計(jì)的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件（如材料、加工能力、理論知識(shí)和計(jì)算手段等）下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對(duì)重要性因機(jī)械種類和用途的不同而異。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重，統(tǒng)籌兼顧，使設(shè)計(jì)的機(jī)械有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。過去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和遠(yuǎn)見。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論和價(jià)值工程、系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料的積累，以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。
2.工業(yè)設(shè)計(jì)分析
工業(yè)設(shè)計(jì)是一門新興的綜合性學(xué)科，它集多門學(xué)科知識(shí)于一身，既包括科學(xué)技術(shù)知識(shí)，又包括美學(xué)藝術(shù)知識(shí)，以及人機(jī)工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等等。②工業(yè)設(shè)計(jì)具有狹義和廣義之分。從廣義上來(lái)說(shuō)，工業(yè)設(shè)計(jì)就是指為了達(dá)到某一特定目的，從構(gòu)思到建立一個(gè)切實(shí)可行的實(shí)施方案，并且用明確的手段表示出來(lái)的系列行為。它包含了一切使用現(xiàn)代化手段進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的設(shè)計(jì)過程。而從狹義來(lái)講，工業(yè)設(shè)計(jì)就單指產(chǎn)品設(shè)計(jì)，即針對(duì)人與自然的關(guān)聯(lián)中產(chǎn)生的工具裝備的需求所作的響應(yīng)。包括為了使生存與生活得以維持與發(fā)展所需的諸如工具、器械與產(chǎn)品等物質(zhì)性裝備所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心是產(chǎn)品對(duì)使用者的身、心具有良好的親和性與匹配。狹義的工業(yè)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)的概念是一致的。因此，總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的活動(dòng)，其目的是為物品、過程、服務(wù)以及它們?cè)谡麄€(gè)生命周期中構(gòu)成的系統(tǒng)建立起多方面的品質(zhì)。
3.工業(yè)設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要作用
機(jī)械產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮機(jī)械產(chǎn)品本身的功能，而產(chǎn)品的設(shè)計(jì)功能也沒有得到充分的重視。機(jī)械工程師往往借助于專業(yè)的技術(shù)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，由于缺乏專業(yè)的藝術(shù)培訓(xùn)和設(shè)計(jì)理念，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品在外觀質(zhì)量和使用方式上存在欠缺，導(dǎo)致產(chǎn)品缺乏強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力。③目前，工業(yè)設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在人機(jī)工程學(xué)方面。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上根據(jù)以人為本的原則，設(shè)計(jì)理念也要從人的自身中去獲取，通過研究人、機(jī)器以及環(huán)境這三個(gè)要素，將消費(fèi)者或使用者和設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，以及將人與產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)共同研究。
工業(yè)設(shè)計(jì)還能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品造型、功能結(jié)構(gòu)和材料的科學(xué)合理化，在提高產(chǎn)品的整體美與社會(huì)文化功能方面起到了非常積極的作用。隨著我國(guó)社會(huì)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈，要想在競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì)就必須充分利用現(xiàn)有技術(shù)，依靠工業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)用較低的費(fèi)用提高產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的目的，從而增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
4.機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)融合的發(fā)展特征
21世紀(jì)，我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，如果不加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，不改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，學(xué)習(xí)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論、技術(shù)和方法，不抓技術(shù)創(chuàng)新，不通過設(shè)計(jì)提高附加值，不抓規(guī)模效益，就很難立于世界強(qiáng)手之林。也就是說(shuō)，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論需要與新的設(shè)計(jì)理論相結(jié)合并加以創(chuàng)新，需要采用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料以適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)品在多功能、可靠、高效、節(jié)能、小型、輕量、美觀等方面的要求，并且要滿足信息化、自動(dòng)化和智能化對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。
從工業(yè)設(shè)計(jì)角度看，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的功能設(shè)計(jì)、人機(jī)方式設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)（形態(tài)、色彩、肌理、裝飾等）是確保產(chǎn)品內(nèi)外質(zhì)量、提高產(chǎn)品附加值、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等密不可分的整體。就產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)而言，在設(shè)計(jì)、表現(xiàn)和推出的新款產(chǎn)品中只有那些符合功能、結(jié)構(gòu)、加工工藝技術(shù)、人機(jī)工程、環(huán)境等要求，符合人的審美意識(shí)、心理、生理要求，符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品才是好的、美的設(shè)計(jì)作品。
4.1.機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的特征
4.1.1.機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)首先應(yīng)服從于功能目的，機(jī)械產(chǎn)品是通過大量材料、一定的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝來(lái)完成的，是科學(xué)技術(shù)、材料、結(jié)構(gòu)、工藝、造型藝術(shù)完美的統(tǒng)一。
4.1.2.機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)必須適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)方式，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品加工方便，符合標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化及批量生產(chǎn)的要求，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。
4.1.3.機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)，必須符合人的生理、心理特征，設(shè)計(jì)合理的人機(jī)界面，使人-機(jī)-環(huán)境相適應(yīng)，體現(xiàn)宜人性。一個(gè)產(chǎn)品擁有友好的人機(jī)界面往往令使用者倍感親切。
4.1.4.產(chǎn)品是人類文化的重要載體之一，高精尖的技術(shù)產(chǎn)品是人類文明進(jìn)步的重要標(biāo)志。機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)通過造型設(shè)計(jì)去反映時(shí)代精神和社會(huì)物質(zhì)生活，以及科學(xué)技術(shù)的面貌、水平，去反映產(chǎn)品特定的內(nèi)容、情趣，以及民族與文化的特征，以適應(yīng)市場(chǎng)及消費(fèi)者需求，產(chǎn)品總是這樣具有極其強(qiáng)烈的時(shí)代性。
4.1.5.機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)要注意繼承與創(chuàng)新。要繼承前人的設(shè)計(jì)理論、技術(shù)、方法和設(shè)計(jì)成果，進(jìn)而創(chuàng)新并形成具有企業(yè)自己風(fēng)格，具有時(shí)代特征的新產(chǎn)品。
4.1.6.機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)具有作為物質(zhì)產(chǎn)品的實(shí)用性、使用價(jià)值和作為造型藝術(shù)的審美性體現(xiàn)物質(zhì)與精神功能的雙重特征。
4.1.7.造型設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)出總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、人機(jī)設(shè)計(jì)，甚至管理、銷售等的系統(tǒng)性、綜合性，達(dá)到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、宜人、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)原則。
4.2.把造型設(shè)計(jì)中的美學(xué)原則融入到機(jī)械設(shè)計(jì)中
4.2.1.比例與尺度：正確的比例尺度，是造型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。機(jī)械產(chǎn)品造型比例的基本構(gòu)成條件是產(chǎn)品功能。如加工細(xì)長(zhǎng)零件的普通車床、外圓磨床等，其造型應(yīng)該是低而長(zhǎng)，成為臥式加工機(jī)床。不同用途的機(jī)械產(chǎn)品，其造型比例關(guān)系亦不相同。而不同時(shí)代又有不同的審美要求，使產(chǎn)品在比例、現(xiàn)行風(fēng)格和色彩等方面形成不同的時(shí)代風(fēng)格，具有不同時(shí)代特征的形式美。
4.2.2.均衡與穩(wěn)定：一般情況下應(yīng)有意識(shí)地運(yùn)用不同結(jié)構(gòu)布局、質(zhì)量、幾何形狀、肌理、色彩、裝飾件等的精心處理，形成既有造型變化，又產(chǎn)生視覺上均衡、穩(wěn)定效果的完美整體。
4.2.3.（3）統(tǒng)一與變化：這是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最為重要、最能發(fā)揮工業(yè)設(shè)計(jì)師才華的美學(xué)原則，應(yīng)從機(jī)械產(chǎn)品的整個(gè)系統(tǒng)、主體造型一直到裝飾的細(xì)微處全面考慮。這應(yīng)由工業(yè)設(shè)計(jì)師自始至終與工程技術(shù)人員密切協(xié)作，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，從系統(tǒng)、整機(jī)一直至細(xì)部均統(tǒng)一協(xié)調(diào)。
4.3.機(jī)械產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)
機(jī)械產(chǎn)品的色彩，不僅具有保護(hù)、防銹的作用，更具有美化產(chǎn)品、美化環(huán)境、提高工作效率、增加產(chǎn)品價(jià)值等作用。當(dāng)然，機(jī)械產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)不同于工藝品、裝飾品、日用品，而有其特定的基本原則。其特點(diǎn)是色彩設(shè)計(jì)應(yīng)符合功能要求、環(huán)境要求、人機(jī)工程要求，應(yīng)符合人的審美情趣及經(jīng)濟(jì)性。色彩應(yīng)簡(jiǎn)潔、單純、美觀、大方，既協(xié)調(diào)柔和又富有時(shí)代性、裝飾性。
5.機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)融合的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)械設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)的有機(jī)融合的實(shí)現(xiàn)能為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。但是，工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展不能照搬照抄，要進(jìn)行合理的篩選。目前，我國(guó)很多企業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)仍然很落后，主要是由于企業(yè)對(duì)實(shí)踐探索的忽略，加之政府的不重視，不能進(jìn)行科學(xué)的引導(dǎo)和有效的支持。由此可知，政府對(duì)設(shè)計(jì)的重視才能使得各種設(shè)計(jì)組織展開有效的工作，政府應(yīng)該構(gòu)建扶持型的發(fā)展模式，使得工業(yè)設(shè)計(jì)的組織及活動(dòng)得到科學(xué)規(guī)范，通過政府的干預(yù)使得工業(yè)設(shè)計(jì)向節(jié)能節(jié)約方向發(fā)展，應(yīng)該積極促進(jìn)我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)的聯(lián)合發(fā)展，通過制定相應(yīng)的法律法案和政策，以及建立合作發(fā)展戰(zhàn)略和加強(qiáng)國(guó)際間交流，實(shí)現(xiàn)國(guó)外優(yōu)秀設(shè)計(jì)人才的引進(jìn)和設(shè)計(jì)理念的發(fā)展。在財(cái)政上還要注重扶持中小企業(yè)開發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合的發(fā)展策略，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變。為此作為開發(fā)培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)綜合性人才的高等中學(xué)教育，應(yīng)該開設(shè)相應(yīng)的工業(yè)設(shè)計(jì)課程，逐步建立研發(fā)中心來(lái)實(shí)現(xiàn)高水平設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)。
總而言之，一項(xiàng)產(chǎn)品的推出總是以社會(huì)需要為前提的，沒有需要就沒有市場(chǎng)。但是社會(huì)需要是變化的，不同的時(shí)期、不同的環(huán)境，就會(huì)有不同的市場(chǎng)行情和需求。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)也要不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，更要不斷開發(fā)新產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)的變化和市場(chǎng)的需求。在當(dāng)今全球化的大潮中，無(wú)論是機(jī)械設(shè)計(jì)，還是工業(yè)設(shè)計(jì)，都要樹立市場(chǎng)觀念，以真實(shí)的社會(huì)需求作為出發(fā)點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。機(jī)械工程師設(shè)計(jì)創(chuàng)造的產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)創(chuàng)作的作品、市場(chǎng)營(yíng)銷商經(jīng)銷的商品是三位一體的整體，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師與工業(yè)設(shè)計(jì)師必須密切合作，共同努力，不但要研制出功能優(yōu)秀的產(chǎn)產(chǎn)品，還要為這種功能產(chǎn)品找到符合人們審美需要、符合時(shí)代潮流的形式，從而向市場(chǎng)提供適銷對(duì)路的商品。機(jī)械設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)是密不可分的，成功的商品是來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)工程師和工業(yè)設(shè)計(jì)師共同的知識(shí)、技能、智慧和汗水的結(jié)晶。
過去的實(shí)踐表明，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)的純功能產(chǎn)品是缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的，藝術(shù)家創(chuàng)作的純藝術(shù)作品只是僅供觀賞，缺乏實(shí)用價(jià)值。在經(jīng)濟(jì)全球化、社會(huì)變異和技術(shù)創(chuàng)新的新世紀(jì)，生產(chǎn)與工藝趨通化，大部分行業(yè)受到相當(dāng)程度的沖擊，工業(yè)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)在現(xiàn)代社會(huì)中所扮演的角色與任務(wù)也面臨重新自我檢視與調(diào)整。工業(yè)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行更緊密的結(jié)合是時(shí)展的需要，是提高我國(guó)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。機(jī)械設(shè)計(jì)工程師和工業(yè)設(shè)計(jì)師迫切需要攜手并進(jìn)、通力合作、提高設(shè)計(jì)水平，為市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)服務(wù)和優(yōu)秀的產(chǎn)品，開辟工業(yè)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)合作的新篇章。
6.結(jié)語(yǔ)
機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)合，是未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的重要方向。作為制造業(yè)價(jià)值鏈中最具增值潛力的重要環(huán)節(jié)，工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于提升產(chǎn)品附加值、增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)等方面具有重要作用。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中融入工業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)提高機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能將會(huì)起到非常重要的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)的融合，將會(huì)使工業(yè)設(shè)計(jì)向節(jié)能節(jié)約方向發(fā)展，也會(huì)提高機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要功能。
參考文獻(xiàn)：
[1]沈樂年，劉向鋒：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，清華大學(xué)出版社（北京），1997年版
[2]帥德瑞：《工業(yè)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)合應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)》，《硅谷》，2012年第18期
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械；機(jī)械設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；創(chuàng)新
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
1、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及特點(diǎn)
1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)涵
具體來(lái)講，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)就是將微電子、機(jī)械、控制、信息等技術(shù)在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地結(jié)合到一起，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)最優(yōu)化的目標(biāo)。鑒于機(jī)械設(shè)計(jì)是為系統(tǒng)服務(wù)的，故此從系統(tǒng)的角度上看，可將現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)看作是一個(gè)三維系統(tǒng)，這里的三維主要是指邏輯維、時(shí)間維以及方法維。邏輯維具體是指解決相關(guān)問題的邏輯程序或步驟，即分析、綜合、評(píng)價(jià)、決策，這是解決現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中相關(guān)問題最為合理的四個(gè)步驟；時(shí)間維則是反映時(shí)間順序的設(shè)計(jì)過程，大致可分為四個(gè)階段，即產(chǎn)品規(guī)劃、方案確定、技術(shù)以及加工設(shè)計(jì)；方法維指的是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中所采用的各種思維方式和設(shè)計(jì)方法。
1.2 主要特點(diǎn)
(1)計(jì)算機(jī)化：在人類社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)極大程度地推動(dòng)了生產(chǎn)力的提高。現(xiàn)如今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的進(jìn)步，使其被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，在機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都需要借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成，如優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真等等。(2)系統(tǒng)性：在應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的各種相關(guān)問題時(shí)，其主要通過系統(tǒng)的觀點(diǎn)將機(jī)械看成是一個(gè)具有特定功能以及各部分相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體，這充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性。(3)動(dòng)態(tài)性：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不僅重視產(chǎn)品在靜態(tài)下的性能，更加重視其在工作環(huán)境下的動(dòng)態(tài)性能，這樣的設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品的整體性能。(4)創(chuàng)新性：由于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)主要是以科學(xué)的設(shè)計(jì)理論以及先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具為基礎(chǔ)，故此其能夠真正發(fā)揮出設(shè)計(jì)者豐富的想象力和創(chuàng)造性思維，并運(yùn)用各種具有創(chuàng)造性的手段和方法，研發(fā)出更多具有創(chuàng)新性的機(jī)械產(chǎn)品。
2、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理念
設(shè)計(jì)過程要遵循一些理性的、科學(xué)的基本原則，一般來(lái)說(shuō)包括邏輯關(guān)系的確定，物理關(guān)系的確定，結(jié)構(gòu)關(guān)系的確定，總體層面設(shè)計(jì)的最終確定?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理念是把信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、智能技術(shù)和機(jī)械工程技術(shù)相結(jié)合，通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，融合數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子信息學(xué)、化工學(xué)、人體心理學(xué)、測(cè)量學(xué)等學(xué)科知識(shí)，從形象思維開始，綜合運(yùn)行各種思維方式，經(jīng)過邏輯推理和判斷及相應(yīng)的綜合、分析與決策，產(chǎn)生設(shè)計(jì)創(chuàng)意，經(jīng)過精確的數(shù)據(jù)分析和操作，反復(fù)操作循環(huán)，最終完成設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)過程要充分考慮到設(shè)計(jì)任務(wù)，清晰設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分收集資料和數(shù)據(jù)，要設(shè)計(jì)出新結(jié)構(gòu)和新方案，還要和客戶進(jìn)行討論，注重各專業(yè)知識(shí)的配合，力求方案的科學(xué)性，要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待設(shè)計(jì)圖，不斷修改方案，直到最佳，最后，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的一個(gè)重要理念就是要將設(shè)計(jì)的過程貫徹于機(jī)械制造的始終，即使是草圖結(jié)束以后也要?jiǎng)討B(tài)進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理念秉承創(chuàng)新精神，注重邏輯和思維方式，運(yùn)用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，并且還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、精確性、智能性等相關(guān)因素，充分融合環(huán)保設(shè)計(jì)、人性化設(shè)計(jì)、高性能設(shè)計(jì)、低能耗設(shè)計(jì)等理念，并且借鑒國(guó)內(nèi)外的相關(guān)理論，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新和發(fā)展。
3、運(yùn)用創(chuàng)新思維實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的重要意義
機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能夠提高機(jī)械設(shè)計(jì)人員的智能化水平，達(dá)到建立有效的機(jī)械設(shè)計(jì)“專家”系統(tǒng)的目標(biāo)，加速機(jī)械設(shè)計(jì)向著智能化、自動(dòng)化、最優(yōu)化以及集成化的方向邁進(jìn)。另外，機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新探索能夠有效地鍛煉機(jī)械設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維，激發(fā)他們的潛在能力，提高人員自身實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的自覺意識(shí)。依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的劃分階段，在方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)3個(gè)階段中，創(chuàng)新思維下的機(jī)械制造產(chǎn)品，通常會(huì)含有較高的科技含量，從而在市場(chǎng)推進(jìn)的過程中就會(huì)回收到不可估量的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
4、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的原則
4.1 最短路徑原則
首先要對(duì)產(chǎn)品具有的功能進(jìn)行明確，然后找出最佳的設(shè)計(jì)例子，以便在最快的時(shí)間內(nèi)接近目標(biāo)，然后選用正確的價(jià)值工程方法，再將價(jià)值較低的極少數(shù)組件找出來(lái)，當(dāng)做研究的對(duì)象，分析出對(duì)象當(dāng)前存在的矛盾，嘗試在最小的變動(dòng)之下將矛盾解決。這種方法需要消耗的能量是最少的，也就是所說(shuō)的選用的路徑是最短的。
4.2 相似性聯(lián)想原則
聯(lián)想是要針對(duì)事物之間的相似性進(jìn)行分析和歸納，聯(lián)想合理與否的一點(diǎn)重要依據(jù)就是是否具有相似性，相似性由產(chǎn)品的實(shí)例進(jìn)行決定，如果多樣產(chǎn)品實(shí)例同時(shí)滿足一種功能要求，那么它們之間就可以說(shuō)是存在著一定的相似性。
5、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)模式創(chuàng)新的有效途徑
5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)模式的創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)朝著優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向發(fā)展，而所謂的優(yōu)化設(shè)計(jì)則是指以數(shù)學(xué)規(guī)劃為理論依據(jù)、以計(jì)算機(jī)為設(shè)計(jì)工具，并在充分考慮與設(shè)計(jì)有關(guān)的各種制約因素的基礎(chǔ)上，尋求與預(yù)定目標(biāo)相符的最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)過程。簡(jiǎn)單來(lái)講，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新中比較先進(jìn)的一種，其建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和最優(yōu)化的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上，并借助計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)函數(shù)得出效率最高、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，這種設(shè)計(jì)理念完全符合時(shí)展對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)人員在利用該方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，能夠?qū)Ω鞣矫娴挠绊懸蛩剡M(jìn)行綜合考慮，這樣可以更加系統(tǒng)和全面地對(duì)問題進(jìn)行分析和解決，從而獲得最為精確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期的目的。優(yōu)化設(shè)計(jì)是CAD設(shè)計(jì)中最為重要的組成部分之一，其充分體現(xiàn)出設(shè)計(jì)最優(yōu)的原則，通過找尋最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，極大程度地提高了機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量。
5.2 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)模式的創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)以突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)僅重視產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能這一目標(biāo)，借此來(lái)使機(jī)械設(shè)計(jì)朝著智能化、自動(dòng)化、柔性化、信息化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。通過系統(tǒng)化設(shè)計(jì)能夠在原有機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品的各方面功能和整體性能提高到一個(gè)全新的水平線上，而且有極大可能使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為此，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)必然會(huì)成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)通過層次劃分、逐層實(shí)現(xiàn)的方式，將原本抽象的設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w化，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程變得更加系統(tǒng)，有規(guī)律可循、有方法可依，更容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
5.3 變型設(shè)計(jì)
所謂的變形設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是在原有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上進(jìn)行新的研發(fā)，借此來(lái)使機(jī)械上的零部件更加標(biāo)準(zhǔn)、通用化水平更高，由此生產(chǎn)出具有系列化的產(chǎn)品，滿足更多用戶的不同需求，變形設(shè)計(jì)其實(shí)就是一種創(chuàng)新，這種設(shè)計(jì)方法有三種形式：其一，縱系列變形設(shè)計(jì)，即在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、原理以及功能都相同的條件下，改變尺寸和性能參數(shù)的設(shè)計(jì)；其二，橫系列變形設(shè)計(jì)，即以基礎(chǔ)型產(chǎn)品為基礎(chǔ)對(duì)其各方面功能進(jìn)行擴(kuò)展的設(shè)計(jì)；其三，跨系列變型設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)具有先進(jìn)動(dòng)力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品。采用變型設(shè)計(jì)能夠在確保產(chǎn)品原有功能以及原理不變的前提下，按照用戶的使用需求對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)設(shè)計(jì)出更加完善且符合用戶要求的產(chǎn)品。在機(jī)械設(shè)計(jì)中比較常用的變型設(shè)計(jì)是產(chǎn)品三維參數(shù)化變形設(shè)計(jì)，即以工程、拓?fù)浼俺叽邕@三者的約束驅(qū)動(dòng)為技術(shù)基礎(chǔ)的一種設(shè)計(jì)方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)各類相關(guān)信息的自動(dòng)更新，如視圖位置、尺寸、比例等，而且還能實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展彰顯了一國(guó)的綜合國(guó)力和技術(shù)水平，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，和現(xiàn)代化建設(shè)的急切腳步都讓工業(yè)機(jī)械的市場(chǎng)需求大大提高?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)而言，具有動(dòng)態(tài)性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、計(jì)算機(jī)化等特點(diǎn)。不斷地創(chuàng)新現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，是確保機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的有利保障。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]分散式；生產(chǎn)實(shí)習(xí)；工業(yè)設(shè)計(jì)；改革
[中圖分類號(hào)] G64 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）06-0024-03
工業(yè)設(shè)計(jì)是一門涉及科學(xué)與藝術(shù)，對(duì)于實(shí)踐性和創(chuàng)新性要求都很高的應(yīng)用學(xué)科。工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科自身具有綜合性與交叉性的特點(diǎn)。實(shí)踐教學(xué)是工業(yè)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)方案中的重要組成部分。[1]它要求學(xué)生在實(shí)踐過程中提高自身的設(shè)計(jì)能力、造型能力、審美能力等專業(yè)技能與修養(yǎng)。而生產(chǎn)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生將在校所學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)中，這是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合實(shí)踐能力的檢驗(yàn)與深化。[2][3]針對(duì)目前工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)中存在的問題，本文提出了分散式生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式[4]，并在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了較為理想的效果。
一、現(xiàn)行工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)中存在的問題
工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生不僅要關(guān)注產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)，會(huì)創(chuàng)意表達(dá)，還要掌握產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝、材料等方面的知識(shí)。如果在生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)學(xué)生不能真正地參與到公司的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，他們就無(wú)法了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程和生產(chǎn)過程的相關(guān)技術(shù)，無(wú)法達(dá)到企業(yè)對(duì)人才的真實(shí)需求。[5]現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)存在的問題如下。
（一）實(shí)習(xí)單位難以落實(shí)
現(xiàn)在的設(shè)計(jì)公司一般規(guī)模較小，無(wú)法接納過多的學(xué)生同時(shí)實(shí)習(xí)，即便是接收了大量的學(xué)生實(shí)習(xí)，也難以保證實(shí)習(xí)質(zhì)量。由于實(shí)習(xí)生在短時(shí)間內(nèi)難以給公司創(chuàng)造利潤(rùn)，所以很多企業(yè)不愿意接收實(shí)習(xí)生。此外，學(xué)生的接待、培訓(xùn)、安全等問題也是影響企業(yè)接收實(shí)習(xí)生的重要因素。
（二）實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)緊張
工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)作為熱門專業(yè)，近年來(lái)學(xué)生人數(shù)不斷增長(zhǎng)，而相對(duì)的學(xué)校對(duì)實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)的投入則增長(zhǎng)緩慢。受經(jīng)費(fèi)的限制，部分學(xué)生不得不放棄已經(jīng)聯(lián)系好的外地的設(shè)計(jì)公司。
（三）過程監(jiān)控困難
指導(dǎo)教師一人要帶領(lǐng)幾十名實(shí)習(xí)學(xué)生，而實(shí)習(xí)地點(diǎn)不僅分散且遠(yuǎn)離學(xué)校，這給指導(dǎo)教師的過程監(jiān)控帶來(lái)了很大的困難。針對(duì)學(xué)生的考勤制度、工作態(tài)度、行為準(zhǔn)則等問題，管理者缺少有效的管理措施。
（四）考核體系不健全
指導(dǎo)教師往往會(huì)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告來(lái)評(píng)定學(xué)生的實(shí)習(xí)成績(jī)，然而實(shí)習(xí)報(bào)告并不能全面地反映出學(xué)生的實(shí)踐能力、溝通交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合素質(zhì)。
二、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)分散式生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式
（一）分散實(shí)習(xí)的利弊分析
以我校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)為例，隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的師資力量、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)、實(shí)地基地?cái)?shù)量等教學(xué)資源顯現(xiàn)出不足。分散式生產(chǎn)實(shí)習(xí)體現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)：1.不僅緩解了學(xué)校的師資壓力，還調(diào)動(dòng)了學(xué)生的能動(dòng)性，避免因?yàn)槿藬?shù)眾多的集中實(shí)習(xí)而影響實(shí)習(xí)效果；2.學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好和特長(zhǎng)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性自主聯(lián)系實(shí)習(xí)單位，這提高了學(xué)生的自主意識(shí)；3.在生產(chǎn)實(shí)習(xí)的過程中，學(xué)生可以同時(shí)了解所在單位的具體情況，為擇業(yè)與就業(yè)打下基礎(chǔ)。
相較于傳統(tǒng)的集中實(shí)習(xí)，分散實(shí)習(xí)在實(shí)習(xí)管理、考核等方面仍然存在一定的問題。首先，管理困難。由于學(xué)生多教師少，實(shí)習(xí)單位分散，指導(dǎo)教師很難監(jiān)控到位。對(duì)于自覺性不高的學(xué)生，存在學(xué)生因準(zhǔn)備考研、出國(guó)等而謊報(bào)實(shí)習(xí)的問題。其次，考核困難。通過往年的生產(chǎn)實(shí)習(xí)我們發(fā)現(xiàn)，部分企業(yè)礙于情面給實(shí)習(xí)學(xué)生的評(píng)價(jià)鑒定成績(jī)并不真實(shí)。另外，實(shí)習(xí)單位的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同也可能影響實(shí)習(xí)結(jié)果的客觀性。
（二）生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式
我校2013級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)采取了分散式生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式，具體如圖1所示。
1.實(shí)習(xí)前的充分準(zhǔn)備
首先，先后就作品集的制作、找實(shí)習(xí)單位遇到的問題和困惑解答、落實(shí)實(shí)習(xí)具體要求和安全注意事項(xiàng)等問題，分階段三次召開生產(chǎn)實(shí)習(xí)動(dòng)員大會(huì)，讓學(xué)生們從思想上重視生產(chǎn)實(shí)習(xí)。其次，主動(dòng)全方位出擊，通過聯(lián)系已建立的實(shí)習(xí)基地、指導(dǎo)教師個(gè)人資源、已畢業(yè)的學(xué)生資源、學(xué)生自聯(lián)等方式，全面落實(shí)實(shí)習(xí)單位。再次，通過見面溝通、電話、QQ、微信、郵件等方式，嚴(yán)格把關(guān)作品集，時(shí)刻密切聯(lián)系學(xué)生。第四，通過學(xué)校購(gòu)買保險(xiǎn)、企業(yè)委派指導(dǎo)教師、家長(zhǎng)簽署生產(chǎn)實(shí)習(xí)知情書、學(xué)生簽訂實(shí)習(xí)安全協(xié)議的方式，制定了學(xué)校-企業(yè)-家長(zhǎng)-學(xué)生四位一體的安全措施。第五，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身的能力和興趣，自實(shí)習(xí)單位。從專業(yè)對(duì)口角度、企業(yè)的軟硬件條件、規(guī)模以及對(duì)支持學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)是否有積極的態(tài)度等方面進(jìn)行調(diào)研，綜合考察該企業(yè)是否具備生產(chǎn)實(shí)習(xí)條件。在指導(dǎo)教師確認(rèn)實(shí)習(xí)崗位的情況下，允許學(xué)生到自聯(lián)單位參加生產(chǎn)實(shí)習(xí)。
2.實(shí)習(xí)中的嚴(yán)格管理
為了取得滿意的實(shí)習(xí)效果，我們要求所有學(xué)生在公司進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)。在實(shí)習(xí)過程中，企業(yè)和學(xué)校密切交流，相互配合共同培養(yǎng)學(xué)生。
企業(yè)方面：一人一導(dǎo)師，全面有計(jì)劃地進(jìn)行企業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)。由于企業(yè)的類型不一，實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容也有差異，但總體可以分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。（1）企業(yè)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容包括熟悉公司環(huán)境、熟悉公司的設(shè)計(jì)流程、資料的收集與分析方法、公司的經(jīng)營(yíng)范圍、流程等。（2）技能訓(xùn)練。技能培訓(xùn)涵蓋了手繪訓(xùn)練、3d Max等三維軟件訓(xùn)練、Corel？鄄draw等二維軟件訓(xùn)練、設(shè)備操作訓(xùn)練等。（3）參與企業(yè)項(xiàng)目。通過參與實(shí)際項(xiàng)目，學(xué)生的設(shè)計(jì)作品更加成熟，更能滿足市場(chǎng)和客戶的需求。（4）參與企業(yè)活動(dòng)。參與企業(yè)活動(dòng)有利于學(xué)生更好地融入企業(yè)文化。在活動(dòng)過程中放松精神，增加與企業(yè)員工的感情和團(tuán)隊(duì)凝聚力，這能更好地促進(jìn)自身工作。（5）企業(yè)鑒定。實(shí)習(xí)結(jié)束時(shí)，由實(shí)習(xí)單位主管領(lǐng)導(dǎo)對(duì)學(xué)生在實(shí)習(xí)期間的專業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)精神、出勤、平時(shí)表現(xiàn)等給出鑒定意見，并對(duì)實(shí)體表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)級(jí)。
學(xué)校方面：走訪溝通、電話網(wǎng)絡(luò)等多位一體，嚴(yán)格把控實(shí)習(xí)過程。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中指，指導(dǎo)教師不能只起到一個(gè)聯(lián)系人的作用，必須對(duì)實(shí)習(xí)過程進(jìn)行全程嚴(yán)格把控。實(shí)習(xí)中學(xué)校需要做到以下幾點(diǎn)。（1）聯(lián)系實(shí)習(xí)單位，協(xié)商制定實(shí)習(xí)內(nèi)容。與單位領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)人員溝通，確訂實(shí)習(xí)時(shí)間、實(shí)習(xí)方式，并與企業(yè)協(xié)商，針對(duì)本專業(yè)的特點(diǎn)制訂合理的實(shí)習(xí)計(jì)劃，確保實(shí)習(xí)的順利進(jìn)行；同時(shí)根據(jù)實(shí)習(xí)單位和學(xué)生的特點(diǎn)及實(shí)際情況確定實(shí)習(xí)內(nèi)容。（2）隨機(jī)走，檢查實(shí)習(xí)情況。針對(duì)實(shí)習(xí)地點(diǎn)較近的學(xué)生，指導(dǎo)教師應(yīng)每天隨機(jī)到某個(gè)企業(yè)進(jìn)行抽查、監(jiān)管、指導(dǎo)，以保證學(xué)生按時(shí)、保質(zhì)的完成實(shí)習(xí)任務(wù)。（3）隨時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)。對(duì)于在省外企業(yè)實(shí)習(xí)的學(xué)生，主要采用網(wǎng)絡(luò)的方式與學(xué)生溝通，及時(shí)了解學(xué)生的實(shí)習(xí)情況。（4）制定雙導(dǎo)師指導(dǎo)制、組長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)制，加強(qiáng)過程管理。學(xué)校指導(dǎo)教師與企業(yè)溝通，由企業(yè)為學(xué)生指派一名實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。學(xué)校指導(dǎo)教師與企業(yè)指導(dǎo)教師定期聯(lián)系，了解學(xué)生在實(shí)習(xí)中的生活情況、工作情況以及學(xué)生實(shí)習(xí)過程中專業(yè)上或是管理上存在的問題。另外，根據(jù)學(xué)生實(shí)習(xí)地點(diǎn)集中的程度，每個(gè)區(qū)域指定一名小組長(zhǎng)。由小組長(zhǎng)每周向?qū)W校指導(dǎo)教師匯報(bào)組員的實(shí)習(xí)情況。（5）在與企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)交流的過程中，指導(dǎo)教師應(yīng)仔細(xì)考察這些企業(yè)是否具備成為本專業(yè)實(shí)習(xí)基地的條件，以備新增實(shí)習(xí)基地。
3.實(shí)習(xí)后的成果總結(jié)
召開實(shí)結(jié)交流大會(huì)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)進(jìn)行回顧和分析，肯定成果，正視存在的問題和不足。指導(dǎo)教師及時(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)期間的優(yōu)秀作品進(jìn)行整理，并在總結(jié)交流大會(huì)上展示。這不僅有助于學(xué)生之間的互相學(xué)習(xí)，也有助于優(yōu)秀作品的傳承，對(duì)以后的學(xué)生能起到良好的示范作用。此外，回訪企業(yè)，這樣做一方面可以了解學(xué)生實(shí)習(xí)的真實(shí)情況，另一方面可以對(duì)企業(yè)有更深入的了解，與具有合作意愿，且企業(yè)實(shí)力、規(guī)模符合我們專業(yè)實(shí)習(xí)要求的企業(yè)進(jìn)行洽談，新增實(shí)習(xí)基地。
（三）生產(chǎn)實(shí)習(xí)改革
針對(duì)往屆實(shí)習(xí)存在的問題，我們從分散實(shí)習(xí)質(zhì)量監(jiān)管、校企合作、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、考核方式四個(gè)方面做了改革。
1.成立四級(jí)管理模式，加強(qiáng)分散實(shí)習(xí)質(zhì)量監(jiān)控
為了確保分散實(shí)習(xí)的教學(xué)質(zhì)量，我們采取了機(jī)電工程學(xué)院、工業(yè)設(shè)計(jì)教研室、學(xué)校指導(dǎo)教師、企業(yè)指導(dǎo)教師四級(jí)管理模式。機(jī)電工程學(xué)院負(fù)責(zé)審查實(shí)習(xí)計(jì)劃，提出整改意見，推動(dòng)校企合作與實(shí)習(xí)基地建設(shè)。工業(yè)設(shè)計(jì)教研室負(fù)責(zé)組織教師對(duì)《生產(chǎn)實(shí)習(xí)》教學(xué)大綱進(jìn)行討論，匯編了《工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書》，為生產(chǎn)實(shí)習(xí)的順利實(shí)施提供保障。此外，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)行本科生師制，所有學(xué)生被平均分配給各專業(yè)方向的教師。導(dǎo)師也可為學(xué)生提供一些實(shí)習(xí)單位、實(shí)習(xí)指導(dǎo)，使生產(chǎn)實(shí)習(xí)能更加高效地進(jìn)行。學(xué)校指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)聯(lián)系實(shí)習(xí)單位、企業(yè)指導(dǎo)教師，確定實(shí)習(xí)內(nèi)容；對(duì)實(shí)習(xí)過程中的學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和安全問題進(jìn)行監(jiān)管；協(xié)調(diào)實(shí)習(xí)過程中企業(yè)與學(xué)校之間出現(xiàn)的問題。企業(yè)指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)學(xué)生的企業(yè)培訓(xùn)、技能培訓(xùn)、項(xiàng)目安排和實(shí)習(xí)結(jié)束后的實(shí)習(xí)鑒定等。
2.以構(gòu)建生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地為契機(jī)，促進(jìn)校企深度合作
我校工業(yè)設(shè)計(jì)系先后與成都洛可可設(shè)計(jì)有限公司等22家企業(yè)合作建立了生產(chǎn)實(shí)習(xí)人才培養(yǎng)基地。我們通過與企業(yè)長(zhǎng)期合作，及時(shí)了解企業(yè)人才需求變化的信息，并將這一信息迅速反饋到教學(xué)中，及時(shí)調(diào)整人才培養(yǎng)方案，使學(xué)校的教學(xué)與社會(huì)需求保持同步。學(xué)生在大三生產(chǎn)實(shí)習(xí)期間通過自薦、教師推薦、企業(yè)考核等方式進(jìn)駐企業(yè)頂崗實(shí)踐，為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值?！袄妗笔瞧髽I(yè)追求的目標(biāo)，“人才培養(yǎng)”是學(xué)校追求的目標(biāo)，“雙贏”則是校企達(dá)成深度合作的前提。
3.建設(shè)校企互補(bǔ)式師資隊(duì)伍，提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)力
通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)的交流。結(jié)合企業(yè)教師和專業(yè)教師各自的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)戰(zhàn)能力的需求出發(fā)，聘請(qǐng)企業(yè)教師來(lái)校講授實(shí)踐項(xiàng)目課程；從企業(yè)提升員工理論素養(yǎng)的角度出發(fā)，安排學(xué)校專業(yè)教師到企業(yè)講授理論知識(shí)。為保障這一方案的實(shí)施，我們?cè)趯I(yè)教師崗位中設(shè)置雙師型教師崗位，崗位要求具備較強(qiáng)的專業(yè)設(shè)計(jì)能力和專業(yè)素養(yǎng)，在企業(yè)實(shí)踐至少一年以上，在行業(yè)和社會(huì)中具有一定的知名度。
4.改革考核方式，實(shí)現(xiàn)多元、立體化評(píng)價(jià)
在生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)管理過程中，考核是檢查實(shí)習(xí)效果的有效途徑。為了對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力做出客觀公正的評(píng)價(jià)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)考核小組制定了量化的考核體系，采用了平時(shí)表現(xiàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)日志、生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告、企業(yè)評(píng)價(jià)、實(shí)習(xí)答辯相結(jié)合的多元、立體化的評(píng)價(jià)方式，將各個(gè)環(huán)節(jié)以具體的指標(biāo)權(quán)重計(jì)入最終成績(jī)。重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握與應(yīng)用程度，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的創(chuàng)新能力。
（四）生產(chǎn)實(shí)習(xí)成效
在分散式實(shí)習(xí)模式的支撐下，我們圓滿完成了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)任務(wù)，達(dá)到了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的目的，取得了較好的效果。
1.依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心，實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)業(yè)
工業(yè)設(shè)計(jì)系2013級(jí)的兩名學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)期間，以工作室的形式對(duì)外承接設(shè)計(jì)服務(wù)。隨后在我校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)政策的支持下，自主創(chuàng)業(yè)成立了工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)有限公司和文化傳播有限公司，公司已入駐我?？萍紙@。
2.生產(chǎn)實(shí)習(xí)與就業(yè)相銜接，全面提高就業(yè)率
企業(yè)通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)能提早了解畢業(yè)生的相關(guān)能力和信息，挑選優(yōu)秀人才，與畢業(yè)生建立用人關(guān)系。同時(shí)，學(xué)生也可以通過實(shí)習(xí)考察企業(yè)實(shí)力、發(fā)展前景，從而決定是否留用為正式員工。本次共有67名學(xué)生參加生產(chǎn)實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)結(jié)束后有58名學(xué)生與企業(yè)達(dá)成了落實(shí)就業(yè)協(xié)議。
3.實(shí)習(xí)成果轉(zhuǎn)化率高，亮點(diǎn)突出
學(xué)生設(shè)計(jì)作品的數(shù)量、質(zhì)量是工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)效果考核指標(biāo)之一。按照生產(chǎn)實(shí)習(xí)要求，在企業(yè)設(shè)計(jì)師的指導(dǎo)下，每位學(xué)生均參與了企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目，而且多位學(xué)生的設(shè)計(jì)作品已被公司采用。其中有3名學(xué)生設(shè)計(jì)的作品已經(jīng)轉(zhuǎn)化為商品，另外不少作品也即將轉(zhuǎn)化為商品。
4.促進(jìn)校企交流，拓展實(shí)習(xí)基地
大量的、穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地不僅有利于人才培養(yǎng)，增加學(xué)生實(shí)習(xí)與就業(yè)的選擇，而且能增加校企合作項(xiàng)目、共建課程的機(jī)會(huì)，還能增加學(xué)校的社會(huì)影響力。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)期間，通過實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師與非實(shí)習(xí)基地企業(yè)的交流，我們與5家企業(yè)簽訂了實(shí)習(xí)實(shí)踐協(xié)議。
三、結(jié)束語(yǔ)
工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，對(duì)于實(shí)踐過程中存在的問題，我們進(jìn)行了分散式生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式的探索與嘗試。盡管分散實(shí)習(xí)增加了指導(dǎo)教師的管理難度，但是分散實(shí)習(xí)能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有利于實(shí)施分層次的教學(xué)管理模式，因材施教。學(xué)生的設(shè)計(jì)作品得到了企業(yè)的認(rèn)可，實(shí)習(xí)成果得到了轉(zhuǎn)化，就業(yè)率也提高了，可以說(shuō)，分散式生產(chǎn)實(shí)習(xí)取得的成效是顯著的。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
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